电缆线路故障在线监测系统的研究

陈蕴迪 鲍小慧

摘要：随着配电网的发展，电力电缆因为其特有的美化环境、不占用线路走廊、故障率低、供电可靠等优点而得到了广泛的应用，但它发生故障时，查线困难，故障恢复时间长，影响面将远大于架空线路。因此，为了保证电力电缆安全可靠供电，对电缆进行在线故障诊断与检测意义重大。

关键词：电缆线路故障；在线监测；电力电缆

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0104-02

电力电缆是电力系统主干线中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，常用于城市地下电缆、发电站引出线路、过江过海水下输电线等，按电压等级可分为中低压电力电缆、高压电缆、超高压电缆，配电网中用的是中低压电缆。随着配电网的发展，电力电缆的应用越来越广泛，其故障影响面也越来越大。虽然电缆线路日常维护成本少，但是相比架空线，电缆线路故障定位和修复相对难、修复时间长、维修费用高得多。据介绍，在美国城市地区地下电缆的维护费约为架空线的4倍。因此，研究出电缆预测维修和故障定位对提高电缆供电可靠性意义重大。

1 研究背景及意义

截止2012年底，平阳公司10kV线路229条，1957.578公里。其中架空线路203条，1557.850公里；电缆线路26条，399.728公里。近年来电缆线路每年以13%的速度增长。

目前平阳电缆线路主要应用在城镇，基本上免维护，维护费用少，但是一旦发生故障，其维护成本也大大超出架空线路。2011年7月，昆阳10kV人北513线安置小区支线电缆故障，损失负荷2000kW；2013年3月，昆阳10kV镇二662线电缆故障，损失负荷8000kW。随着电缆线路的增加，电缆故障影响面将不断扩大。

本项目通过建立一套电缆线路故障在线监测系统，实时在线监测线路运行负荷、温度及故障电流；快速定位线路故障位置，避免事故扩大，缩短停电时间；减轻工作人员的劳动强度，节省人力物力；提高供电可靠性、电缆线路自动化管理水平，为今后电缆大面积使用后，电缆安全可靠运行提供保障。

2 实施方案

2.1 研究要点

本项目针对安装、供电方式、通信方式、数据处理等多方面研究，确定最佳实施方案。故障检测终端采用开口穿心式安装及拆卸。电缆线路短路、接地故障检测终端供电方式采用感应取电；大功耗通信主机采用双路感应取电装置或AC220V供电；两个感应取电装置装在不同线路上保证通信主机在某一线路发生故障后有备用电源。利用突变电流量和零序电流量法提高电缆线路故障检测准确度。利用单片机内核把计算速度提高到每秒500万次，同时进行10位数字采样；所有测量均采用数字方式，减少干扰，提高精度。通信主机与系统主站间用无线GPRS加无线射频网络通信；使用大功率射频传输技术和无线传输终端中继方式，解决无GPRS网络的通信问题。系统主站负责接收故障检测终端上传负荷及报警信息并进行数据处理、报警转

发等。

为保证终端长期稳定运行，装置每天进行一次自检，检查自身的通讯及供电等情况，将相关信息发送到系统主站。主站若持续24小时未接收到相应终端的自检信息则发出提示信息，提醒工作人员加以处理。

2.2 检测方法的确定

现在检测方法主要有四种：

2.2.1 “首半波”检测法。“首半波”原理假设接地故障发生在相电压接近最大值瞬间，利用线路故障后暂态零序电流每一个周期首半波与非故障线路相反的特点实现保护，缺点是不能反映相电压较低时的接地故障，受接地过渡电阻影响较大且存在工作死区。

2.2.2 “谐波方向”原理检测。利用5次或7次谐波电流的大小或方向形成选择性接地保护，缺点是其零序电压动作值往往很高、灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻情况下容易出现拒动现象。

2.2.3 “信号注入法”。利用单相接地时原边被短接暂时处于不工作状态的接地相PT，人为地向系统注入一个特殊信号电流，利用只反映注入信号而不反映工频及其谐波成分的信号电流探测器，跟踪注入电流，对单相接地故障进行定位。

2.2.4 零序电流检测法。当零序电流值超过设定值时判为接地故障。电缆线路故障时零序电流量比架空线路的要大很多，容易检测与运算分析。

通过比较，本项目对于短路故障采用突变电流量来判定；对于接地故障采用准确度高的零序电流法检测，提高故障检测准确度，减少误报情况的发生。

2.3 电缆线路在线故障检测系统确定

该系统主要由7部分组成：电缆线路短路故障检测终端、电缆线路接地故障检测终端、面板指示器、电缆型通信主机、通信交换机、服务器、系统软件，结构图如图1

所示：

挂在线路上的电缆线路检测终端采集线路上的负荷温度信息、短路、接地故障信息等，通过无线射频把它们传输到电缆型通信主机，电缆型通信主机通过GPRS网络将信息传输到通信交换机进入服务器，服务器相关软件在运算处理后进行信息的显示、报警、报警短信转发等。当出现故障时，配电检修人员根据通信交换机转发的报警短信迅速到达故障现场予以处理，避免事故扩大，减少用电损失，减轻工作人员劳动强度，提高电缆线路现代化管理

水平。

3 应用情况及成效

3.1 应用情况

本项目硬软件组成：10组故障检测终端、10台通信主机、1套电缆线路故障监测系统。平阳公司对10条10kV电缆线路进行在线监测，主要实现以下功能：

3.1.1 进行短路和接地故障的准确判断和快速定位；实时监测和定时上传负荷电流、导线温度、故障电流和异常温度。

3.1.2 通过声光、短信、面板指示报警通报短路故障、接地故障、电缆温度越限等，同时指出故障时间、位置及类型。

3.1.3 支持各终端接收主站系统时钟对时；故障检测终端每天定时进行自检，自检信息包括自检信息特征码、通信主机的组号、未收到自检信息的终端编号等，确保终端正常运作。

3.1.4 支持数据统计、信息查询、扩展功能等，提供历史数据分类统计、分时统计和多种条件组合查询；可以与其他子系统（如馈线自动化系统）综合运用，使线路故障判断更加准确、故障查找和排除更加迅速。

3.2 实施成效

3.2.1 利用突变电流、零序电流检测等方法，提高电缆线路故障检测准确度。

3.2.2 系统具有“二遥”功能，能够感应取电，具有无线通信、光纤通信、电缆通信功能，就地显示报警功能，能抗电磁干扰及励磁涌流影响，提高平阳公司电缆自动化运行水平。

3.2.3 系统在线监测电力电缆运行情况，将监测到的报警信息送至相关责任人手机上，减轻工作人员的劳动强度，减少电缆故障停电时间，提高工作效率。

3.2.4 本系统能直观显示数据，具有报警、报警短信转发、数据分析、报表生成等功能。

3.2.5 本系统支持与其他运行管理系统互联，可与调度自动化系统、配电自动化系统、GIS系统等软件集成，允许更多的部门使用故障监测数据；同时电缆故障在线监测系统的研究，为电缆广泛应用后的自动化管理提供经验。

4 结语与展望

随着电缆线路的广泛应用，其运行性能对配电网供电安全影响越来越大，对电缆线路现代化管理提出更高的要求，因此，开展各类研究提高电缆运行水平意义重大。比如：研究电缆运行中出现的各类电气障碍、安全隐患、防范措施，研究电缆表层测量技术、研究电力电缆仿真模型、研究电缆局部放电量的测量方法、研究系统在线监测技术等。

参考文献

[1] 傅俪.美国配电网架空线入地改造成本效益分析及对

我国的启示[J].电力与电工，2009，（3）.

[2] 杭州圣道电气有限公司.电缆线路故障在线监测系统

产品说明书[S].